媒体揭秘：中国女虚拟人诞生记(图)

吉林大学虚拟人项目完成颅骨数字化重建工作

中国首例女性虚拟人部分切片横断面

大洋网讯 (郝婧)： 据媒体报道，以一名少女为“蓝本”的中国女性虚拟人已经诞生。中国少女是怎样被“虚拟”的？其作用究竟有多大？

据中新网消息，今天的科技日报对此进行了披露。报道称，中国21世纪是生物科学的世纪，因此发达国家牵头的“数字虚拟化人体”研究项目更成了焦点中的焦点。美国是这项恢弘计划的先行者，早在上个世纪80年代中后期即投入巨资开始“虚拟美国人”计划的研究，并于1994年和1996年相继推出一男一女两个虚拟人。作为亚洲的近邻，韩国、日本也相继启动了虚拟人体的研究计划。

——中国虚拟人计划应时而生

中国的科学家再也坐不住了，虚拟人体的研究是关系到新世纪中国医学能否走到世界前列的大问题，涉及一系列基础科学问题和关键技术，这样一个极富挑战性的课题，怎能没有中国科学家的身影。同时还有一个原因也促使中国科学家决定建立具有中国人特性的虚拟人体。美国利用“可视人计划”数据集开发的1.8万多个解剖结构图谱在起步阶段就售价3.7万美元。基于图像处理的临床应用软件动辄数十万美元，如果中国没有自主版权的人体数据，仅图谱一项就会造成巨额外汇的流失。况且这些数据采自白人，不一定适合中国人的各项生理指标。

开展中国虚拟人计划还要有先进的技术作支撑。目前中国在许多方面已有较多研究积累，在医学解剖学的研究中，除传统的组织与器官标本之外，在血管铸型等人体管道标本的制作等许多方面已达国际先进水平，加上中国现代化医学成像设备、高性能计算机和高速网络的应用，中国开展虚拟人体研究所必需的软硬件条件已经具备。

——香山会议的重大决定

2001年11月以“中国数字化虚拟人体的科技问题”为主题的香山科学会议第174次学术讨论会在这样的形势下召开了。第一军医大学钟世镇院士、中科院计算所李华研究员和首都医科大学罗述谦教授担任执行主席，与会的42位中外专家热烈讨论中国的虚拟人体计划。会后，相关的“数字化虚拟人体若干关键技术”和“数字化虚拟中国人的数据集构与海量数据库系统”两项课题相继列入国家863项目，由中科院计算所、首都医科大学、华中科技大学和第一军医大学等4家单位协作攻关。

至此，中国虚拟人计划进入了实质性阶段。此时正值2001年12月。

在第一军医大学一间普通的研究室里，由中国工程院院士、第一军医大学钟世镇教授带领下的研究小组日夜奋战起来。按照香山会议确定的计划，中国虚拟人的切片厚度精确到0.1毫米(美国男女虚拟人分别是1.0、0.33毫米)，并提出了新的设计和组装方案。与美国和韩国的“虚拟人”相比，中国将放弃对标本原型的卧姿固定切削，改为立姿固定切削。

0.1毫米的切削精度是世界上少有的，给工作人员带来了问题，为了保证切片的厚度该采用哪种刀具呢？研究人员选中了哈尔滨刀具厂的产品。

当研究小组向哈尔滨刀具厂订做特制刀具时，厂家却犯难了：他们的刀具广泛应用于机械加工(如钢材切割刀)，但从来没有用来切过人体。钢材密度均匀，而人体有骨头、肌肉、皮肤等密度不同的软硬组织。这样复杂的切割对象刀具厂还是头一次遇见，厂家克服困难，精心为研究小组提供了三套刀具，回广州调试并“试用”。

研究人员先拿一个西瓜“试刀”，将其切成薄薄的细片，见识了刀具的“软功”；再对新西兰大白兔进行切片试验，结果发现当兔子被急冻冷藏后肢体僵硬，切片效果不错，甚至可以达到0.02毫米的切削间距精度，这意味着人体的切片可以由预期的16600片增加到83000片。但由于受到计算机储存和运算能力的限制，研究小组决定还是按原计划的厚度切削。

2002年4月一名28岁的湖南籍汉族健康男子死亡，没有任何传染病和代谢疾病，具有健康中国人的代表性。研究小组从20名自愿捐献遗体的志愿者中筛选出他作为中国虚拟人计划的尸体标本，取名为“中国虚拟人Ⅰ号”。而美国虚拟人原型曾在15岁时手术切除右睾丸，21岁时切除阑尾，38岁时拔过一颗牙。韩国虚拟人原型则是一位死于淋巴瘤的65岁老人。由于美韩均对尸体标本使用了过量福尔马林灌注，尸体都出现了不同程度的肿胀变形，采集的数据与原型都存在着偏差。我国虚拟人原型作为“标准中国人”，失真度小，更有应用价值。

完成虚拟人的建构，第一步就是对标本进行切片处理。研究人员使用药物对其全身组织进行固定，使用明胶、朱砂、淀粉进行动脉的显色和填充，这就是由钟世镇院士提出的血管铸型技术——通过给尸体动脉灌注明胶、朱砂和淀粉，使动脉呈现红色，使之很容易和静脉区分。

这一技术利用人体动静脉回流的原理：人死了动脉内的血管是空的，而静脉内填满了黑色的淤血。把红色的“塑料液体”灌注入动脉，那么人体所有动脉就会呈现出红色，而静脉是黑色的。一黑一红，在电脑读取切片数据时就很容易分辨出动脉和静脉了。这项技术绝对是世界独有的。美、韩现有虚拟人的血管动、静脉并没有区别出来，也就是说，他们在对虚拟人进行图像分隔时只能看到骨骼、肌肉和脏器，而无法分清动脉和静脉血管。就以外科手术上特别重要的动脉和静脉而言，美国的血管识别，目前仍依靠解剖学专家人为识别后，再用计算机图像勾边处理。这种依靠经验为主的识别方法，在准确度和科学性上难免存有缺陷。

而中国的虚拟人显得更加“有血有肉”，动脉和静脉区别分明，就连细小血管都清晰可见。如果在虚拟人身上做模拟手术，医生就可以清楚地分出动、静脉，知道哪根大血管不能破坏，对手术有重要指导意义。

尸体标本经过血管铸型处理后，放置在零下70摄氏度的冰库里储存以保证尸体的硬度，便于日后切削。

为了高质量完成虚拟人数据采集，科研人员选择了一个地下室作为数据切削采集的场地，屏除了影响切削精度的地面震动和杂乱的电子、电磁干扰，保护了图像信息的完整性。

然而，人们首先看到的却是女性虚拟人的抢先诞生。中国虚拟人Ⅰ号哪去了？难道是切削失败？首都医科大学教授罗述谦介绍，男虚拟人计划推后是从保证质量考虑的。负责开发海量储存系统(计算机系统)的单位说，目前，系统最多只能容纳切削精度为0.2毫米的虚拟人数据集，这与开始设想的把“男Ⅰ号”切削精度定为0.1毫米有距离。这意味着把男性标本切出来后无法装进电脑。而且在此之前，重庆第三军医大学已经切割了一个切面比较厚、但不够均匀的男性虚拟人，已经初步有了关于男性虚拟人的数据。女性虚拟人数据缺乏，即使在国外，也只有美国完成了一个女性虚拟人的数据库。所以，在综合考虑多方面因素后，研究小组改变了原来的计划，决定先切女的。中国虚拟人Ⅰ号尸体标本完好地保存在医院特制冷库内，切削工作已暂时停止。在此前，已对尸体标本的头、心脏和肾脏3个部分进行了切削，并构建了首批数据集。2003年底将完成“中国虚拟人男Ⅰ号”的数据采集。

——中国女虚拟人诞生

中国首个女虚拟人(“中国虚拟人Ⅱ号”)原型是一位身高1.56米的19岁少女，广西人去年在广东因误食毒蘑菇而急性死亡。专家们认为虽然她不是一个健康人，但由于是急性死亡，骨骼身体结构保持完好，加上年纪很轻，生殖器官功能完全，是一个条件很不错的标本。

2002年年底，研究小组决定对其进行切割。研究人员最终采用了两种刀具：“粗刀盘”去除尸体的包埋材料，“精刀盘”进行尸体横断面的切削。动刀时，直立的尸体从冰库顶部推出，冰库上方的刀具每旋一圈，就切出一个人体切片。但是大家不会看到八千多片的人体横断面标本，因为像纸一样薄的人体切片在刀子旋转时已经变无法辨认了。要获得这几千个人体切片的资料，必须每切一片，就对余下的尸体横断面拍照收集该横断面的资料。

中国虚拟人标本的切削，采用的是直立式。美国、韩国都采用躺卧式，造成了标本的头部、背部、臀部和腿部等被压成扁平失真状态。我国科学家克服直立式切割带来的不便，保证了人体建模接近正常人体形态。

2003年2月18日17时18分，中国首例女性虚拟人数据集在第一军医大学构建成功。标本原型在零下70摄氏度冷冻后横向切成8556片，每片厚度为0.2毫米。此时国人万分激动，中国首位女虚拟人诞生指日可待。媒体大肆渲染，称中国虚拟人提前面世，确切地说，虚拟人的数据集的建立还只是万里长征的开始，虚拟人的诞生还有赖于数据库的建立。拿到这一接力棒的是首都医科大学生物医学工程系教授罗述谦领导的研究小组。

2003年3月3日，研究小组向外界宣布，具有中国人生理特性的女虚拟人初步完成了三维重建。

罗教授领导的研究小组根据第一军医大学拍摄下的人体切片数字图片，将这些断层数据通过专门的三维软件进行信息化处理，在电脑中组建出三维人体图像。这项工作更能体现虚拟人研究的特